本實(shí)用新型涉及火災(zāi)實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是一種鋰離子電池?zé)崾Э貙?shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

由于鋰離子電池具有能量密度高、開(kāi)路電壓高、重量輕和環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，目前其已經(jīng)在消費(fèi)電子儀器設(shè)備（筆記本電腦、手機(jī)和充電寶等）、交通工具（電動(dòng)車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)等）和航空航天（波音787和軍機(jī)）中得到了廣泛應(yīng)用。然而目前由于鋰離子電池在倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存中自身的內(nèi)部缺陷或受到熱擾動(dòng)、撞擊、擠壓會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部短路，進(jìn)而發(fā)生熱失控引發(fā)火災(zāi)或爆炸。而目前鋰離子電池倉(cāng)庫(kù)沒(méi)有針對(duì)性的消防規(guī)范和監(jiān)管條例，這樣勢(shì)必會(huì)大大提高事故發(fā)生的可能性。無(wú)論是周?chē)扇嘉镆鸬娜紵€是鋰離子電池自身發(fā)生的熱自燃和燃爆，對(duì)鋰離子倉(cāng)庫(kù)來(lái)說(shuō), 一旦鋰離子電池發(fā)生火災(zāi)，鋰離子倉(cāng)庫(kù)配備的滅火設(shè)備不能控制鋰離子電池的復(fù)燃，不但會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至對(duì)人員的生命安全構(gòu)成威脅。因此，研究不同環(huán)境溫度和間距下鋰離子電池發(fā)生熱失控的臨界條件、燃燒行為特征以及不同滅火劑對(duì)鋰離子電池火災(zāi)的滅火效果對(duì)提高鋰離子電池儲(chǔ)存的安全性具有重要意義。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э剡M(jìn)行測(cè)試的平臺(tái)很少，并且存在的平臺(tái)大多是將單個(gè)電池通過(guò)鐵絲纏繞或者螺絲固定的方式將其水平固定在鐵絲網(wǎng)上，對(duì)其進(jìn)行加熱，如實(shí)用新型專(zhuān)利名稱(chēng)為《一種自帶自動(dòng)報(bào)警及滅火系統(tǒng)的鋰離子電池消防試驗(yàn)柜》的技術(shù)內(nèi)容。但由于電池爆炸時(shí)會(huì)產(chǎn)生大約3MPa的壓力，這個(gè)壓力不但會(huì)使電池飛濺出去，而且會(huì)使其表面測(cè)量設(shè)備脫落，豎直測(cè)量設(shè)備發(fā)生偏移，給參數(shù)的精確測(cè)量造成很大影響。如何能夠控制電池高溫爆炸時(shí)產(chǎn)生的位移已經(jīng)成為急需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池?zé)崾Э匾桩a(chǎn)生爆炸位移的缺陷，提供一種鋰離子電池?zé)崾Э貙?shí)驗(yàn)裝置來(lái)解決上述問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種鋰離子電池?zé)崾Э貙?shí)驗(yàn)裝置，包括腔體，腔體的前部設(shè)有拉門(mén)，拉門(mén)上設(shè)有觀察窗，腔體的頂部安裝有滅火系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)，腔體內(nèi)放置有電子天平，電子天平上放置有固定臺(tái)，所述的固定臺(tái)包括底座，固定臺(tái)的底座上放置有防火板，防火板上放置有熱源，

所述的底座上垂直安裝有兩個(gè)支架，兩個(gè)支架上安裝有滑動(dòng)平臺(tái)，滑動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有內(nèi)槽，固定夾安裝在內(nèi)槽上且固定夾與內(nèi)槽構(gòu)成滑動(dòng)配合，緊固螺釘貫穿安裝在固定夾的側(cè)部。

所述固定夾的底部安裝有螺紋桿，固定夾放置在內(nèi)槽上，螺紋桿穿過(guò)內(nèi)槽，螺紋桿上位于內(nèi)槽下方安裝有螺母。

所述的固定夾和緊固螺釘?shù)臄?shù)量均為若干個(gè)。

所述的滅火系統(tǒng)包括滅火劑罐，腔體的頂部設(shè)有滅火器管路入口，腔體內(nèi)安裝有噴頭，滅火器管路一端安裝在滅火劑罐上，滅火器管路另一端穿過(guò)滅火器管路入口安裝在噴頭上。

所述的排煙系統(tǒng)包括排煙管道，腔體的頂部設(shè)有排氣孔，排煙管道的一端與排氣孔相通，排煙管道的另一端安裝有防爆風(fēng)機(jī)。

還包括驅(qū)動(dòng)氣體罐，驅(qū)動(dòng)氣體罐通過(guò)滅火劑管路與滅火劑罐相接，位于滅火劑罐與滅火器管路入口之間的滅火器管路上安裝有流量控制閥和壓力表，位于滅火劑罐與驅(qū)動(dòng)氣體罐之間的滅火器管路上安裝有電磁驅(qū)動(dòng)閥。

有益效果

本實(shí)用新型的一種鋰離子電池?zé)崾Э貙?shí)驗(yàn)裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比限定了電池在熱失控爆炸情況下的位移，能夠研究不同環(huán)境溫度、不同荷電狀態(tài)、不同間距鋰離子電池發(fā)生熱失控的臨界條件、噴射火的燃燒行為特征以及鋰離子電池間的火蔓延規(guī)律，進(jìn)而提出防控措施，提高鋰離子電池安全性。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用便攜和安全可靠的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型中固定臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型中腔體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-腔體、2-電池固定臺(tái)、4-滅火系統(tǒng)、5-排煙系統(tǒng)、6-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、7-18650鋰離子電池、11-拉門(mén)、12-觀察窗、13-支撐腿、14-萬(wàn)向輪、15-采樣孔、16-排氣孔、17-頂蓋、18-滅火劑管路入口、21-底座、22-支架、23-滑動(dòng)平臺(tái)、24-導(dǎo)軌內(nèi)槽、25-六角螺母、26-電池固定夾、27-緊固螺釘、31-熱源、32-螺紋桿、33-防火板、41-噴頭、42-滅火劑管路、43-壓力表、44-流量控制閥、45-滅火劑罐、46-電磁驅(qū)動(dòng)閥、47-驅(qū)動(dòng)氣體罐、51-排煙管道、52-防爆風(fēng)機(jī)、61-熱電偶、62-熱線(xiàn)風(fēng)速儀、63-氣體分析儀、64-輻射儀、65-壓力傳感器、66-電子天平、67-攝像機(jī)。

具體實(shí)施方式

為使對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，用以較佳的實(shí)施例及附圖配合詳細(xì)的說(shuō)明，說(shuō)明如下：

如圖1所示，本實(shí)用新型所述的一種鋰離子電池?zé)崾Э貙?shí)驗(yàn)裝置，包括腔體1，腔體1為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔尺寸為0.5m×0.4m×1.2m，采用厚度為6mm的不銹鋼搭建，中間用50mm厚的陶瓷纖維板作隔熱層，陶瓷纖維板能承受1260℃的高溫，腔體1底部設(shè)有用于支撐腔體1的四個(gè)支撐腿13和萬(wàn)向輪14，能夠方便腔體1任意位置的移動(dòng)。腔體1的前部安裝有拉門(mén)11，拉門(mén)11通過(guò)鉸鏈安裝在腔體1上，腔體1與拉門(mén)11之間安裝有耐熱硅橡膠密封圈以保證兩者的密封性。為便于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，門(mén)上設(shè)置觀察窗12，觀察窗12由耐1000℃高溫的防火玻璃制成。

腔體1的頂部安裝有滅火系統(tǒng)4和排煙系統(tǒng)5，滅火系統(tǒng)4用于用于測(cè)試不同滅火劑對(duì)鋰離子電池火災(zāi)的滅火效果，排煙系統(tǒng)5用于實(shí)驗(yàn)后的排煙。滅火系統(tǒng)4包括噴頭41、滅火劑管路42、滅火劑罐45、流量控制閥44、壓力表43、驅(qū)動(dòng)氣體罐47和電磁驅(qū)動(dòng)閥46。滅火劑可以為液體或氣體，具體可以選細(xì)水霧、哈龍1211和1301，Novec1230，F(xiàn)M200和CO2等滅火劑。腔體1的頂部設(shè)有滅火器管路入口18，腔體1內(nèi)安裝有噴頭41，噴頭41可以安裝于腔體1內(nèi)頂部中心位置和腔體1表面的其他位置。滅火器管路42一端安裝在滅火劑罐45上，滅火器管路42另一端穿過(guò)滅火器管路入口18安裝在噴頭41上。噴頭41通過(guò)滅火器管路42和滅火劑管路入口18與腔體1外的滅火劑罐45連接。滅火劑管路42通過(guò)法蘭與腔體1固定，并用耐高溫密封膠密封。滅火器管路42上位于滅火器管路入口18和滅火劑罐45之間安裝有流量控制閥44和壓力表43，通過(guò)調(diào)節(jié)流量控制閥44來(lái)調(diào)節(jié)滅火劑噴射流量，壓力表43則實(shí)時(shí)顯示壓力變化。驅(qū)動(dòng)氣體罐47通過(guò)滅火劑管路42與滅火劑罐45相接，位于滅火劑罐45與驅(qū)動(dòng)氣體罐47之間的滅火器管路42上安裝有電磁驅(qū)動(dòng)閥46。噴頭41根據(jù)滅火劑罐45內(nèi)所使用的滅火劑進(jìn)行更換。實(shí)驗(yàn)時(shí)，電池開(kāi)始燃燒后，立即啟動(dòng)滅火的電磁驅(qū)動(dòng)閥46和流量控制閥44，驅(qū)動(dòng)氣體罐47壓縮滅火劑罐45中的滅火劑，通過(guò)滅火器管路42和噴頭41向腔體1內(nèi)噴灑滅火劑。

排煙系統(tǒng)5包括排煙管道51，腔體1的頂部設(shè)有排氣孔16，在排氣孔16旁還可以安裝頂蓋17。排煙管道51的一端與排氣孔16相通，排煙管道51的另一端安裝有防爆風(fēng)機(jī)52。實(shí)驗(yàn)時(shí)頂蓋17蓋上，其周邊壓上密封條，實(shí)驗(yàn)后打開(kāi)頂蓋17，通過(guò)排煙管道51使排氣孔16與防爆風(fēng)機(jī)52連通，排出實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的氣體。

如圖3所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6按現(xiàn)有技術(shù)的布置結(jié)構(gòu)，包括熱電偶61、熱線(xiàn)風(fēng)速儀62、氣體分析儀63、輻射儀64、壓力傳感器65、電子天平66、攝像機(jī)67，其中熱電偶61包括三根熱電偶樹(shù)、電池7上表面中心位置和極耳位置分別布置的一支熱電偶以及熱源31表面布置的一支熱電偶，其中一根熱電偶樹(shù)（包含9支熱電偶）布置在電池7的正上方，熱電偶樹(shù)距離電池7表面的距離從上而下依次為5cm、10cm、15cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm和70cm，用于測(cè)量電池7熱失控噴射火的火焰溫度，另外兩根熱電偶樹(shù)（包含5支熱電偶）分別布置在電池7的左側(cè)10cm和20cm處，熱電偶樹(shù)距離電池7表面的距離從上而下依次為0cm、10cm、20cm、30cm、50cm、70cm，用于測(cè)量電池7噴射火的周?chē)鷾囟葓?chǎng)分布。電池7上表面中心位置和極耳位置布置的兩支熱電偶分別測(cè)量其表面溫度，熱源31表面布置的1支熱電偶用于測(cè)量熱源31表面的溫度，熱電偶均選用直徑為1mm的K型鎧裝熱電偶，溫度范圍0-1000℃；熱線(xiàn)風(fēng)速儀62探頭布置在電池7的正上方10cm處，用于測(cè)量電池7火羽流上升速度；氣體分析儀63的四個(gè)探頭布置在電池7正上方的腔體1的頂棚上，分別測(cè)量O₂、CO、CO₂和HF濃度。輻射儀64的三支探頭均布置在距離電池7右側(cè)10cm的布置，但豎直方向間距為10cm，測(cè)試不同距離的輻射強(qiáng)度。壓力傳感器65的兩支探頭均距離鋰離子電池7右側(cè)5cm處布置，但豎直方向間距為10cm，測(cè)試電池7熱失控或爆炸產(chǎn)生的壓力變化。電子天平66用于測(cè)量實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電池7的質(zhì)量變化，布置在固定臺(tái)2的正下方，通過(guò)防火板33與熱源31隔離，防止高溫對(duì)電子天平66的損壞。攝像機(jī)67固定在腔體1的外側(cè)，通過(guò)觀察窗12記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。采集設(shè)備均含有傳感器和數(shù)據(jù)采集及處理器，除氣體分析儀和攝像機(jī)的數(shù)據(jù)采集集中到電腦處理外，其他的數(shù)據(jù)采集和處理傳感器均連接到安捷倫34970A數(shù)據(jù)采集儀上進(jìn)行集中處理。采集設(shè)備的傳感器均布置與腔體1內(nèi)，通過(guò)線(xiàn)路和采樣孔15與腔體1外的數(shù)據(jù)采集儀及處理器連接，為保證腔體1側(cè)壁開(kāi)的采樣孔15的氣密性，通過(guò)航空接頭和耐高溫密封膠進(jìn)行密封。

腔體1內(nèi)放置有電子天平66，電子天平66上放置有固定臺(tái)2，固定臺(tái)2的底座21上放置有防火板33，根據(jù)需要，也可以在電子天平66與固定臺(tái)2之間放置防火板33。防火板33上放置有熱源31，熱源31為整個(gè)點(diǎn)火系統(tǒng)的核心。為了防止明火火焰對(duì)電池噴射火的火焰的干擾，熱源31不考慮明火的引燃，熱源31采用鑄鐵電加熱板，輻射板，電爐以及鎳鉻絲等加熱設(shè)備，熱源31表面溫度能達(dá)到500℃，控制器在腔體1外，通過(guò)耐高溫電線(xiàn)穿過(guò)采樣孔15來(lái)連接熱源31和控制器。其中鑄鐵電加熱板、輻射板、電爐等熱源31可放在固定臺(tái)2的正下方，通過(guò)防火板33與電子天平66隔離，也可放置在固定臺(tái)2的側(cè)面，通過(guò)支架將其固定，若采用鎳鉻絲則可以直接纏繞在電池7的表面。實(shí)驗(yàn)時(shí)可使用無(wú)線(xiàn)插座對(duì)控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，控制器調(diào)節(jié)熱源31輸出功率，進(jìn)而調(diào)節(jié)溫度，研究不同環(huán)境溫度下鋰離子電池?zé)崾Э卣T發(fā)的臨界條件以及噴射火燃燒行為。

如圖2所示，固定臺(tái)2包括底座21，固定臺(tái)2采用厚度為2mm的不銹鋼制作。底座21上垂直安裝有兩個(gè)支架22，兩個(gè)支架22上安裝有滑動(dòng)平臺(tái)23，滑動(dòng)平臺(tái)23通過(guò)兩個(gè)支架22支撐安裝在底座21上?；瑒?dòng)平臺(tái)23上設(shè)有內(nèi)槽24，固定夾26安裝在內(nèi)槽24上且固定夾26與內(nèi)槽24構(gòu)成滑動(dòng)配合，固定夾26的內(nèi)徑比實(shí)驗(yàn)用鋰離子電池7的外徑大2mm，固定夾26能夠在內(nèi)槽24上進(jìn)行滑動(dòng)，以滿(mǎn)足不同距離實(shí)驗(yàn)的需要。固定夾26與內(nèi)槽24的安裝方式可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的多種方式，如在固定夾26的底部安裝螺紋桿32。固定夾26放置在內(nèi)槽24上，螺紋桿32穿過(guò)內(nèi)槽24，螺紋桿32上位于內(nèi)槽24下方安裝有螺母25。當(dāng)需要移動(dòng)固定夾26時(shí)，將螺母25下旋，固定夾26在內(nèi)槽24上移動(dòng)，再將螺母25上旋，將固定夾26固定在內(nèi)槽24上。在此，固定夾26可以使用多個(gè)。緊固螺釘27貫穿安裝在固定夾26的側(cè)部，緊固螺釘27用于固定電池7，通過(guò)旋緊緊固螺釘27將電池7頂在固定夾26上，再松動(dòng)緊固螺釘27將電池7從固定夾26上取下。同理，緊固螺釘27的數(shù)量也可以為多個(gè)，與固定夾26數(shù)量相同。

使用鋰離子電池?zé)崾Э貙?shí)驗(yàn)時(shí)，按如下步驟操作：

（1）檢查整個(gè)裝置的各個(gè)部件和線(xiàn)路連接狀態(tài)，確保裝置都能正常工作，對(duì)采集設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定；

（2）將鋰離子電池在常溫下充電至實(shí)驗(yàn)設(shè)置的荷電狀態(tài)后固定在固定臺(tái)中，調(diào)整鋰離子電池的間距，關(guān)閉門(mén)和頂蓋；

（3）調(diào)節(jié)控制器使熱源輸出功率達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的溫度，同時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，分別采集溫度、羽流速度、氣體濃度、壓力、質(zhì)量損失和圖像信息；

（4）鋰離子電池一旦燃燒，立即切斷熱源，等待火焰熄滅后，關(guān)閉數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，打開(kāi)頂蓋啟動(dòng)排煙系統(tǒng)，整理設(shè)備和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

當(dāng)對(duì)鋰離子電池火災(zāi)的滅火效果時(shí)，按如下步驟操作：

（1）檢查整個(gè)裝置的各個(gè)部件和線(xiàn)路連接狀態(tài)，確保裝置都能正常工作，對(duì)采集設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定；

（2）將鋰離子電池在常溫下充電至實(shí)驗(yàn)設(shè)置的荷電狀態(tài)后固定在固定臺(tái)中，調(diào)整鋰離子電池的間距，關(guān)閉門(mén)和頂蓋；

（3）調(diào)節(jié)控制器使熱源輸出功率達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的溫度，同時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，分別采集溫度、羽流速度、氣體濃度、壓力、質(zhì)量損失和圖像信息；

（4）鋰離子電池一旦燃燒，立即切斷熱源，同時(shí)啟動(dòng)滅火系統(tǒng)，等待火焰熄滅后或設(shè)定時(shí)間后，關(guān)閉數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，打開(kāi)頂蓋啟動(dòng)排煙系統(tǒng)，整理設(shè)備和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物界定。